Tarea 03 Proyecto máquina escritora FMD 2019 - Fernanda Talamilla, Martina García, Francisca Álvarez, Javiera Aranda, Alondra Zamorano

De Casiopea


Fotomaquinafcmd4.jpg


TítuloMáquina Dibujo
Tipo de ProyectoProyecto de Curso
Palabras Claveproyectomaquina
Período2019-2019
AsignaturaFabricación con Medios Digitales
Del CursoFabricación con Medios Digitales 2019
CarrerasDiseño, Diseño Gráfico, Diseño Industrial
Alumno(s)Martina García, Fernanda Talamilla P, Javiera Aranda Reinoso, Francisca Alvarez Escobar, Alondra Zamorano
ProfesorLeonardo Aravena

PROYECTO MÁQUINA CNC DE DIBUJO

Investigación previa

¿Qué es una máquina CNC?

En pocas palabras, el "C"ontrol "N"umérico "C"omputarizado es el uso de una computadora para controlar y monitorear los movimientos de una máquina herramienta. Entre esas máquinas herramienta, tanto estáticas como portátiles, podemos mencionar: fresadora, torno, máquina de corte por láser, prensa, brazo robotizado, etc. Todas las máquinas CNC comparten una característica en común: tienen dos o más direcciones programables de movimiento llamadas ejes. Dichos ejes son un requisito para generar los movimientos necesarios para el proceso de fabricación. Si seguimos con el ejemplo de un taladro industrial, los ejes ubicarían la herramienta sobre el orificio a mecanizar (en dos ejes/coordenadas) y efectuarían la operación (con el tercer eje). Los nombres más comunes de los ejes lineales son X, Y y Z. Una máquina CNC no sería útil si solo contara con un control de movimiento. Casi todas las máquinas son programables de varias otras maneras. El tipo específico de máquina está directamente relacionado con sus accesorios programables apropiados, por lo que puede programarse cualquier función requerida en una máquina CNC. En nuestro caso, como realizaremos una maquina de dibujo, necesitamos una programación única para cada eje (x, y, z). Cabe mencionar, que para programar todo el funcionamiento de nuestro proyecto, utilizaremos un "arduino UNO".

¿Qué es un Arduino UNO?

Arduino UNO

Arduino es una plataforma de desarrollo basada en una placa electrónica de hardware libre que incorpora un microcontrolador re-programable y una serie de pines hembra, los que permiten establecer conexiones entre el microcontrolador y los diferentes sensores y actuadores de una manera muy sencilla. Nosotros ocuparamos arduino tanto para controlar los 2 motores de corriente continua de los ejes x e y, y para controlar el eje z a través de un servomotor. Además, como la idea es que la maquina funcione a través de sensores, ocuparemos un joystick para controlar los 3 ejes.

¿Qué es un motor de corriente continua?

Motor DC

El motor de corriente continua o motor DC es una máquina que convierte energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción de un campo magnético. Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales, cuando ejercen tracción sobre un riel, como lo es en nuestro caso. [[Archivo:

¿Qué es un servomotor?

Archivo:Fotos, servomotores, fabricacion con medios digitales, 2019, mmartina garcía, javiera aranda, francisca álvarez, fernanda talamilla, medidas (2).jpeg|150px|thumb|derecha|izquierda|Servomotores disponibles en el MadLab]]

Servomotor SG90

Un servomotor es un motor que genera un movimiento de rotación de manera controlada, ya que posee una tarjeta de control que indica el ángulo y velocidad del movimiento que se desea, previamente configurado en Arduino. Dentro de los servomotores existen diferentes tipos, nosotros ocuparemos el servomotor de modelismo, el cual se utiliza para armar prototipos de robótica, juguetes, cualquier aparato que no requiera de una considerable energía, como la que aportan los servomotores industriales, además que son más económicos y fáciles de conseguir, como por ejemplo: El Servo SG90 es capaz de mover un objeto de máximo 1.5 kilogramos (Kg) a una distancia radial de 1 centímetro (cm) y a medida de que hay mayor distancia respecto al eje, menor debe ser la masa, por lo tanto se produce la siguiente relación, referida al torque (capacidad de fuerza):

m1xd1=m2xd2

Por otro lado, hay que tomar en cuenta la cantidad de voltaje para que el aparato funcione de manera óptima, en este caso es entre 4.8 - 6 volteos.
Dentro de los servomotores de modelismo se encuentran los de giro limitado, o sea solo pueden moverse en 180° y los de giro continuo, que quiere decir que da la vuelta en 360° continuamente, ambos casos permiten el control del grado y velocidad del movimiento.
Nosotros utilizaremos precisamente un servomotor SG90 de giro continuo.

¿Qué es una palanca de mando?

Joystick utilizado

Una palanca de mando o joystick​ es un periférico de entrada que consiste en una palanca que gira sobre una base e informa su ángulo o dirección al dispositivo que está controlando. El joystick analógico es el más tradicional. En forma de manche, este dispositivo posee una palanca para posicionamiento continuo. Es movido libremente al lo largo de dos ejes, un vertical y un horizontal, y es apoyado sobre una mesa a través de ventosas, que ayudan en su fijación. Ya el joystick digital, también conocido como joypad, no posee palanca, pero sí una pequeña cruz con la cual pueden ser definidas las posiciones direccionales (arriba, abajo, izquierda, derecha). Para nuestro proyecto, utilizaremos la palanca de mando analógica puesto que es la indicada para programar. Esta, será utilizada para mover los 3 ejes, permitiendo generan movimientos de izquierda a derecha y viceversa en el eje x e y y movimiento de arriba hacia abajo y viceversa en el eje z.

¿Qué es un driver shield?

Driver Shield L293D

Un shield motor drives L293D, tal como lo dice su nombre es un facilitador para el control de motores con Arduino. Esta diseñado como un placa y se pueden conectar motores del tipo Servo, Stepper y DC, aumentando la potencia y precisión del controlador.

¿Qué es un protoboard?

Una protoboard o placa de pruebas, es un instrumento en la que se pueden insertar elementos electrónicos y cables con los que se arman circuitos sin la necesidad de soldar ninguno de los componentes. Las protoboards tienen orificios conectados entre si por medio de pequeñas laminas metálicas. Usualmente, estas placas siguen un arreglo en el que los orificios de una misma fila están conectados entre si y los orificios en filas diferentes no. Estas, permiten probar el diseño de un circuito sin la necesidad de soldar o desoldar componentes. Las conexiones en una Protoboard se hacen con solo insertar los componentes lo que permite armar y modificar circuitos con mayor velocidad. Normalmente estas placas son usadas para realizar pruebas experimentales. Si la prueba resulta satisfactoria el circuito se construye de una forma más permanente para evitar el riesgo de que algún componente pueda desconectarse. En caso de que la prueba no sea satisfactoria, puede modificarse el circuito fácilmente.

¿Qué es un puente H?

Un Puente en H es un circuito electrónico que generalmente se usa para permitir a un motor de corriente continua girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Entonces, juntando el puente H con cada motor y con el joystick, podremos mover los ejes x e y de izquierda a derecha y al revés.


Propuesta

Con la intención de obtener las piezas o material para fabricarlas a partir del reciclaje para la realización del proyecto, se decidió estudiar un modelo de CNC máquina de dibujo CNC hecha a partir de piezas de un antiguo reproductor de DVD, que nos permitió obtener los carriles de los ejes x e y y los motores para la movilización de ambos ejes. Se reutilizaron Arduino UNO y acrílico (disponibles en MadLab), MDF de 3 mm y madera terciada de 18 mm (disponible en globo).

Materiales

  • 2 motores DVD (eje x, eje y)
  • 1 circuito Arduino uno
  • 1 motor driver SHIELD L293D
  • 1 mini servo botón Pen
  • cable USB
  • cargador de 4 a 24 v de capacidad
  • elástico
  • madera terciada de 18 mm (30x60cms)
  • 4 imanes pequeños
  • 1 trozo de acrílico de 6x10 cms.
  • 4 pernos
  • 4 tuercas
  • 4 tornillos 5x5/8"
  • madera MDF de 3 mm (15x15cms aproximadamente)


Proceso constructivo

Construcción mecanismo

En una primera instacia, se desarmaron 2 reproductores DVD para conseguir los ejes móviles de la máquina, estos ya son autónomos, lo que quiere decir que poseen un motor cada uno y el mecanismo necesario para que se realice el movimiento. Luego, se definieron la base y los soportes verticales de madera en AutoCAD para luego cortarlas en la fresadora. Por otro lado, se cortó en láser una base de acrílico como mesa de trabajo de la máquina y dos juegos de golillas de MDF de 3 mm para proteger las esquinas atornilladas de los ejes móviles. Para el soporte del lápiz, nuestra intención inicialmente era reutilizar algún tubo plástico ya sea de la carcasa de un plumón o parte de una manguera, sin embargo, se necesitaba que el lápiz se mantuviese dentro de una circunferencia de 10 mm de diámetro para el funcionamiento optimo de éste, por ende, se diseño un cabezal en Inventor para luego imprimirlo en 3D. Una vez se tuvieron todas las piezas listas para armar, se embutieron los soportes verticales a los "sacados" de la base de madera. Luego, se atornillaron los ejes a la base y verticales, intentando que quedasen lo más derechos posibles, ya que a la menor inclinación se puede descalibrar el contacto de la punta del lápiz (dispuesto en eje x) y la mesa de trabajo donde se apoya el papel (eje y). Finalmente, se le adhiere a la placa móvil del eje x, el cabezal y la mesa de trabajo al eje y.

"Primera maqueta:"

Fotomaquinafcmd1.jpeg Fotomaquinafcmd2.jpeg Fotomaquinafcmd3.jpeg


Sistema de conexiones y programación

Sistema de conexiones con Motor Shield

Se establecieron las siguientes conexiones del joystick y motores continuos de los ejes con Motor Shield, cabe destacar que éste ultimo va conectado a Arduino UNO por dos filas de pines dispuestas en sus largos.


Planos

Vistas Máquina Piezas y ensamblaje

Programa Arduino

Archivo:Programacion arduino ShieldMotorJoystick.pdf

Bibliografía